螺丝/螺栓拧紧扭矩的设定

看了几个关于螺栓拧紧扭矩设定的文章，觉得还是需要理一理。

扭矩值的设定方法：

1. a.依靠经验值

2. b.理论计算

对应一个新的螺栓连接应用，没有经验值得信赖；

利用理论上的计算公式来确定扭矩，涉及到不同材料的摩擦系数和螺纹的摩擦系数及角度的确定和计算，这将是一个很复杂的过程，且很多因子系数的选取是否正确也将影响到扭矩值的最终结果；对于电子产品上的小螺丝（M3及以下），供应商甚至提供不了螺丝的屈服强度等相关参数，理论计算将变得更加困难。

根据VDI2230标准，拧紧扭矩的理论计算公式如下，需要确定的参数很多，系数和因子选取很关键：   

T=FM(0.16*P+0.58*d2*uG+(Dkm*uk/2))

FM：装配预紧力，P：螺距，d2：螺丝螺纹中径，uG：螺纹摩擦系数，Dkm：在螺丝头部的摩擦扭矩的有效直径，uk：螺丝头支撑面的摩擦系数

FM计算公式：FM=V*Rp02*A0

V：拧紧过程中屈服点应力的利用因数，通常取V=0.9

Rp02：根据DIN ENISO898-1,0.2%螺丝弹性极限应力（屈服强度） 

A0：螺丝的最小横截面积

因此，最佳方法一般采用样品试验法通过扭矩曲线参考参数计算获得。

为了能快速确定我们过程的扭矩参数，利用智能电动工具特有的软件和功能，做破坏性的试验，输出该联接的扭矩变化曲线图，根据曲线图找出固定扭矩和滑牙扭矩，再制定一个合适的扭矩取值范围。

在实施这个破坏性测试试验前，按照如下步骤进行：

1 检查工件孔径尺寸是否在设计规范内。检查所取样品（6X5=30 具有统计意义上的最小样品数量），标记；分别用不同规格的塞规检查孔径尺寸或用投影测量孔径尺寸，确保孔径在设计规范内。

 对于钣金件螺丝通孔，还需要测量板材厚度t和孔的拉伸高度h，不同的板材厚度的对于滑牙扭矩值是不同的。

注意：

• 理想的样品尺寸是能够覆盖从下限到上限的区间为最好，这样才能覆盖到各种极限情况下的扭矩变化趋势，得出的数据结论是最具有说服力的。

  
  

•  对于所用来验证的零件，只能使用一次，不能重复利用来验证扭矩；因为一些目测很难发现到的损坏或残留异物会影响到曲线数据采集，错误数据将会误导我们，避免得出不恰当的结论。
  

  
  

• 在试验过程中，零件需要有工装固定，电枪保持垂直，如有条件可以利用扭矩臂保证垂直度。因为工件在锁紧螺丝过程中随意晃动会有影响曲线图正常输出，产生不正常跳动曲线峰值；歪斜的电枪将导致螺丝的摩擦力增加，同样会影响到输出的扭矩曲线数据。

2  按照如下将控制器、电枪和电脑连接，设置电枪参数；再进行不同螺丝和不同位置的破坏性试验，采集扭矩曲线图。 

3 设定螺丝扭矩标准的计算方法

根据做破坏性试验结果和所取样本的扭矩曲线数据统计(至少120组数据)，找出这些数据中最大的固定点扭矩和最小的滑牙扭矩，根据简易公式计算出合适的扭矩。

几个名词解释：

滑牙扭矩：是指从螺丝固定到所实现的最大扭矩测得的扭矩，发生滑牙时，螺丝在连接件中将自由转动，扭矩将减小，角度将增加。

固定扭矩：是指螺丝帽接触到工件表面，扭矩曲线开始产生突变的那一个点为固定扭矩。

Seating Torque 入座扭矩（锁紧扭矩）- 进入弹性形变区域

The Seating torque value represents the beginning of the Elastic Clamping zone. It is the torque at which the fastener is fully seated and where the fastener and clamped parts are deforming as one.锁紧扭矩又叫screw-in torque，也称之为first touching surface torque

Yield Torque 屈服扭矩 -  离开弹性形变区域

The Yield torque value represents the end of the Elastic Clamping zone. It is the torque at which the fastened assembly will stop returning to its original shape if loosened.

下图示例为固定塑胶自攻螺丝的破坏性示例曲线图，根据曲线图查找出两个扭矩值，再来计算扭矩的设定范围。

计算方法：

根据多组试验结果和工厂的目前实际使用情况以及实验室验证结果，我们将按照如下公式来计算和设定螺丝固定的扭矩标准。

 设固定点扭矩为Ta, 滑牙点扭矩为Tb，则合适的扭矩取值范围： 

 最小扭矩取值：【Ta xδa】，δa：固定点扭矩取值比例系数，对于塑胶材料比例系数取1.2，对于五金材料：比例系数取1.3；

 最大扭矩取值：【(Tb-Ta) xδb+Ta】，δb：滑牙点扭矩取值比例系数，为确保一个安全的不至于滑牙的扭矩，此比例系数一般取塑胶0.5。

根据破坏性示例的曲线图，我们知道，在执行破坏性测试之后，可以找到滑牙扭矩为Tb=3.4kgf.cm,固定点扭矩为Ta=1.3kgf.cm，根据算法，最小的固定扭矩设定应为1.3*1.2=1.56kgf.cm，最大扭矩设定应为：

（3.4-1.3）*0.5+1.3=2.35kgf.cm，因此我们将在最大和最小值之间选取 2.0kgf.cm的扭矩作为我们设定固定该螺丝的扭矩标准值。

螺栓扭矩值的设定：

• 确定弹性变形点：拧入点，屈服点；

• 计算两点的3sigma值；

• 选取拧入点+3sigma值，屈服的的-3sigma值，获得扭矩窗；

• 根据实际应用需要，可在此窗口内选取拧紧扭矩值；主要考虑扭矩公差范围（摩擦系数变差），UCL/ LCL,以及拧紧工具的能力。

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